普天技術(shù)助力打造“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”

一、 總體背景隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)以及與“互聯(lián)網(wǎng)+”的高度融合，電力業(yè)務(wù)終端規(guī)模迅速擴(kuò)大，各行業(yè)對(duì)電網(wǎng)的供電質(zhì)量和用戶服務(wù)提出了更高的要求。經(jīng)過多年的建設(shè)，電力通信骨干網(wǎng)已經(jīng)具備一定規(guī)模，通過光纖網(wǎng)絡(luò)連接的電力節(jié)點(diǎn)，對(duì)提高供電的可靠性，提升服務(wù)水平起到了重要支撐作用。然而隨著電力終端規(guī)模和業(yè)務(wù)應(yīng)用形式的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有終端通信接入網(wǎng)暴露出一些問題，一方面由于建設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)投資高、覆蓋慢、建設(shè)周期長(zhǎng)、維護(hù)困難等原因，很難做到電力終端的全面覆蓋，無法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)末梢各類通信業(yè)務(wù)的綜合接入；另一方面，租賃無線公網(wǎng)信道存在安全性差、與公眾競(jìng)爭(zhēng)信道，通信質(zhì)量不可控、高額租賃費(fèi)，以及2G即將退網(wǎng)等嚴(yán)峻問題?；谏鲜鲈颍瑖?guó)家電網(wǎng)公司積極研究無線專網(wǎng)解決方案，有助于解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)“最后一公里”業(yè)務(wù)的快速接入與覆蓋。

二、 系統(tǒng)簡(jiǎn)介普天新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)是將TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)遷移到223-235MHz工作頻段，針對(duì)電力行業(yè)應(yīng)用深度定制的無線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的載波聚合技術(shù)和頻譜感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)了寬帶化應(yīng)用和高抗干擾性。新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)契合當(dāng)代物聯(lián)網(wǎng)理念，具有覆蓋廣、容量大、投入低、部署快等特點(diǎn)，可以承載數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)。

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的LTE扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，相比原來的2G和3G網(wǎng)絡(luò)，扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以降低組網(wǎng)成本，減少系統(tǒng)時(shí)延，增加組網(wǎng)靈活性。主要網(wǎng)元包括核心網(wǎng)設(shè)備（EPC）、網(wǎng)管設(shè)備(eOMC)、基站設(shè)備（eNodeB）和無線終端(UE)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1。

圖1   新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)架構(gòu)圖

核心網(wǎng)設(shè)備（EPC）：負(fù)責(zé)終端認(rèn)證、終端IP地址管理、移動(dòng)性管理等，提供接口直接連接電力業(yè)務(wù)主站。

網(wǎng)管設(shè)備（eOMC）：負(fù)責(zé)核心網(wǎng)、基站、無線終端的遠(yuǎn)程配置管理和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

基站設(shè)備（eNodeB）：負(fù)責(zé)通過空間接口與無線終端通信，實(shí)現(xiàn)資源調(diào)度、無線資源管理、無線接入控制、移動(dòng)性管理等功能。

無線終端（UE）：無線終端提供無線數(shù)據(jù)的采集與傳輸，可直接嵌入式安裝于電力用采集中器、負(fù)荷控制等電力終端中。

三、 系統(tǒng)功能新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念為寬窄融合、一網(wǎng)多用，可以支持如下業(yè)務(wù)功能。

²  數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

系統(tǒng)提供雙向數(shù)據(jù)通信能力，無線終端具備動(dòng)態(tài)靈活的通信速率，對(duì)外設(shè)計(jì)RS232串行接口和RJ45以太網(wǎng)口，支持常見的電力數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，包括用電信息采集、配電自動(dòng)化、分布式電源、充換電站（樁）等。

按照電力安全性防護(hù)要求，系統(tǒng)提供端到端的安全解決方案，從終端到基站，從基站到核心網(wǎng)均為雙向鑒權(quán)，加密傳輸，完整性檢測(cè)。核心網(wǎng)數(shù)據(jù)通過安全接入?yún)^(qū)進(jìn)入生產(chǎn)控制區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)主站，通過安全接入平臺(tái)進(jìn)入信息管理區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)主站。安全通道如圖2。

圖2  電力業(yè)務(wù)接入通道圖

²  集群語(yǔ)音

系統(tǒng)具備手持語(yǔ)音終端，配合集群軟件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)集群語(yǔ)音業(yè)務(wù)，包括單呼、組呼、多方通話、廣播、視頻調(diào)度、遠(yuǎn)程會(huì)議等功能。

²  視頻傳輸

通過具有載波聚合功能無線終端，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)視頻流的寬帶傳輸，可對(duì)固定、移動(dòng)攝像頭的視頻進(jìn)行統(tǒng)一管理，支持電力現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控、移動(dòng)巡檢、輸變電機(jī)器巡檢等業(yè)務(wù)。

四、 方案亮點(diǎn)頻率創(chuàng)新應(yīng)用

無線頻譜是不可再生的國(guó)家戰(zhàn)略資源，在通信技術(shù)高速發(fā)展的今天，世界各國(guó)均致力于采用新技術(shù)、新方法持續(xù)提升頻譜資源利用率。本解決方案突破傳統(tǒng)230MHz數(shù)傳電臺(tái)的技術(shù)模式，采用TD-LTE關(guān)鍵技術(shù)提升頻譜效率，改善傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)的不足，國(guó)家無線電管理部門也支持對(duì)230MHz無線頻段的創(chuàng)新應(yīng)用，并實(shí)際授權(quán)了更多的無線頻率支持國(guó)家電網(wǎng)開展此頻段的寬帶應(yīng)用，取得了良好效果。

寬窄一體設(shè)計(jì)

基于載波聚合技術(shù)實(shí)現(xiàn)離散頻點(diǎn)高效利用。3GPP于R10版本中提出了載波聚合技術(shù)，通過多個(gè)連續(xù)或離散載波間的協(xié)同作用，利用更大的帶寬來增強(qiáng)系統(tǒng)容量，提高單小區(qū)吞吐量，降低小區(qū)干擾。新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)在低頻段實(shí)現(xiàn)多個(gè)25 kHz離散頻點(diǎn)的載波聚合，在同一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可針對(duì)不同業(yè)務(wù)通信需求配置無線終端使用不同的通信帶寬，實(shí)現(xiàn)寬窄融合、一網(wǎng)多用。

電力深度定制

新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)針對(duì)電力業(yè)務(wù)需求深度定制，優(yōu)化通信協(xié)議，降低傳輸時(shí)延，提升常駐網(wǎng)絡(luò)的終端數(shù)量，設(shè)計(jì)符合電力規(guī)約的通信模塊，并對(duì)業(yè)內(nèi)主流電力終端做適配性設(shè)計(jì)，降低網(wǎng)絡(luò)部署的難度和成本。

低成本廣覆蓋

230MHz頻段為低頻段,先天具有繞射能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)特性，伴隨先進(jìn)的編碼解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本廣覆蓋的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)其他頻段的無線系統(tǒng)，單基站可以覆蓋更大的面積，即利用較少的基站設(shè)備可以覆蓋更多區(qū)域，達(dá)到降本增效的目的。

五、 測(cè)試與應(yīng)用新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中獲得多項(xiàng)測(cè)試認(rèn)證，均證明其可以成為電力終端接入網(wǎng)的主要無線通信方式。

早在2012年2月，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)在北京組織召開的科學(xué)成果鑒定會(huì)，鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為：從智能電網(wǎng)應(yīng)用需求出發(fā)，運(yùn)用載波聚合、干擾協(xié)調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)的新型230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)，首次在國(guó)際上應(yīng)用，具有創(chuàng)新性。

2012年6月，工信部無線電管理局召開“230MHz頻段管理與技術(shù)創(chuàng)新研討會(huì)”，會(huì)議圍繞230MHz頻段管理與技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合無線電寬帶通信技術(shù)發(fā)展面臨的形勢(shì)，對(duì)載波聚合、頻譜感知等先進(jìn)的新技術(shù)在智能配用電網(wǎng)的應(yīng)用給予關(guān)注和支持，明確了通過新技術(shù)、新應(yīng)用帶動(dòng)頻譜資源管理創(chuàng)新的思路。

2014年3月，國(guó)家電網(wǎng)科學(xué)研究院針對(duì)新型230MHz無線寬帶通信系統(tǒng)進(jìn)行安全性測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)具備防止偽終端、偽基站、違核心網(wǎng)的外來攻擊，安全性極高。

2016年下半年，國(guó)家電網(wǎng)推動(dòng)展開電力終端通信接入網(wǎng)試點(diǎn)工作，確認(rèn)新型230MHz無線寬帶通信系統(tǒng)作為兩種主要通信技術(shù)之一，統(tǒng)一組織了無線性能測(cè)試、系統(tǒng)安全性測(cè)試、業(yè)務(wù)支撐能力測(cè)試，均獲得滿意結(jié)論。

2017年，無線電管理部門組織下，在浙江嘉興、重慶武隆、福建晉江進(jìn)行新型230MHz無線寬帶通信系統(tǒng)相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)通信試驗(yàn)，并于2017年6月成功通過驗(yàn)收，與會(huì)專家一致建議接下來的擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)，將實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入規(guī)?；?。

2017年9月，中國(guó)無線電協(xié)會(huì)電力無線專網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立大會(huì)在京召開。國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心、普天技術(shù)等39家會(huì)員單位代表參會(huì)。產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟旨在加強(qiáng)以LTE 230為主的無線專網(wǎng)技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，制定、推廣電力無線專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，構(gòu)建完善的電力無線專網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，促進(jìn)電力無線專網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國(guó)網(wǎng)信通部主任王繼業(yè)會(huì)上發(fā)言，指出電力無線專網(wǎng)因經(jīng)濟(jì)高效、敷設(shè)靈活、應(yīng)用廣泛，成為支撐終端通信接入網(wǎng)建設(shè)的最有效方式。

國(guó)家電網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用

新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)自2009年開始研發(fā)，經(jīng)過多年的不斷改進(jìn)和全國(guó)多個(gè)試點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)踐，系統(tǒng)已經(jīng)成熟。已經(jīng)建設(shè)LTE230電力無線通信網(wǎng)絡(luò)的省市包含且不限于北京、天津、冀北、江蘇、浙江、重慶、山東、福建、湖北、山西、青海、寧夏、深圳、廣州等。2014年“新型230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)研究與應(yīng)用項(xiàng)目”榮獲國(guó)家電網(wǎng)公司科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

Ø  浙江嘉興電力無線專網(wǎng)

浙江嘉興海鹽縣供電有限公司2010年開始研究應(yīng)用新型230Mhz電力無線寬帶通信系統(tǒng)及應(yīng)用、并被定為全國(guó)范圍內(nèi)第一個(gè)開展TD-LTE技術(shù)在智能電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用試點(diǎn)的城市。截止2017年10月共建成包含11座無線基站的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際接入無線通信終端7584個(gè)，通過230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)承載的電力業(yè)務(wù)應(yīng)用涉及用電信息采集、配變監(jiān)測(cè)、故障指示器、視頻傳輸、移動(dòng)應(yīng)用、配電自動(dòng)化、分布式電源、充換電（站）樁、路燈管理、語(yǔ)音集群等。隨著國(guó)家電網(wǎng)終端通信接入網(wǎng)工作的統(tǒng)一規(guī)劃部署，嘉興海鹽的無線網(wǎng)絡(luò)也在持續(xù)建設(shè)中，并通過不斷的研究與探索，基于無線應(yīng)用提高智能電網(wǎng)的管理水平和工作效率。如圖3所示。

圖3  嘉興海鹽網(wǎng)絡(luò)覆蓋示意圖

Ø  江蘇昆山電力無線專網(wǎng)

昆山市工廠林立，專變用戶眾多，負(fù)荷控制終端對(duì)通信信道的速率和延遲性要求較高，但是之前采用的數(shù)傳電臺(tái)技術(shù)落后，已經(jīng)無法保證負(fù)荷數(shù)據(jù)的及時(shí)獲取和控制指令的實(shí)時(shí)下發(fā)。昆山電力公司建設(shè)包含14座基站的新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)，覆蓋整個(gè)昆山市1000平方公里，首批接入的3000家企業(yè)用戶負(fù)荷控制終端，系統(tǒng)接入能力提高了50~60倍，數(shù)據(jù)采集和控制效率明顯提高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)用電數(shù)據(jù)采集與反饋的實(shí)時(shí)化和電力負(fù)荷控制、配電監(jiān)測(cè)、低壓集抄等三大功能的集成化。如圖4所示。

圖4  江蘇昆山網(wǎng)絡(luò)覆蓋仿真圖

其他行業(yè)應(yīng)用

新型230Mhz電力無線寬帶通信系統(tǒng)具有廣深覆蓋優(yōu)勢(shì)也廣泛應(yīng)用于智慧油田業(yè)務(wù)應(yīng)用，用作生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集業(yè)務(wù)、井場(chǎng)高清視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、難點(diǎn)井場(chǎng)高清圖片監(jiān)控業(yè)務(wù)等場(chǎng)景。

在電力、石油等能源行業(yè)外，新型230Mhz電力無線寬帶通信系統(tǒng)還可以為農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域建設(shè)無線專網(wǎng)，提供豐富的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

六、 結(jié)束語(yǔ)除了提供更高的數(shù)據(jù)速率之外，5G技術(shù)的一個(gè)重要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián), 物聯(lián)網(wǎng)將廣泛適用于電力、石油、農(nóng)業(yè)、林業(yè)監(jiān)測(cè)、抄表、資產(chǎn)管理等多種多樣的應(yīng)用場(chǎng)景，新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)已經(jīng)在這個(gè)進(jìn)程中邁出堅(jiān)實(shí)的步伐。

普天技術(shù)助力打造“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，從能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)“最后一公里”通信的需求出發(fā)，探討構(gòu)建符合電力業(yè)務(wù)特征的無線專網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新模式，通過對(duì)電網(wǎng)設(shè)備與用戶的實(shí)時(shí)感知與交互，支撐電網(wǎng)運(yùn)行智能化、用電服務(wù)主動(dòng)化。打造提升末端業(yè)務(wù)的感知能力與數(shù)據(jù)掌控能力，促進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)水平及服務(wù)模式質(zhì)的飛躍，為“互聯(lián)網(wǎng)+服務(wù)、營(yíng)銷、運(yùn)檢、調(diào)度、物資、管理”實(shí)踐創(chuàng)造載體，最終促進(jìn)電網(wǎng)規(guī)劃精細(xì)化、建設(shè)投資精準(zhǔn)化、電網(wǎng)調(diào)度精準(zhǔn)化及營(yíng)銷服務(wù)主動(dòng)化。

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是5G標(biāo)準(zhǔn)帶來的物聯(lián)網(wǎng)接入場(chǎng)景，激發(fā)了許多新的技術(shù)來改進(jìn)，新型230MHz寬帶通信系統(tǒng)將逐步引入相關(guān)5G核心技術(shù)來快速提高網(wǎng)絡(luò)的廣深覆蓋、低時(shí)延高可靠等主要網(wǎng)絡(luò)性能，推動(dòng)電力無線通信專網(wǎng)向5G技術(shù)的平滑演進(jìn)。